KR100296715B1

KR100296715B1 - 배수설비제어시스템

Info

Publication number: KR100296715B1
Application number: KR1019970046686A
Authority: KR
Inventors: 오오시마노부오
Original assignee: 고지마 게이지; 가부시끼가이샤 메이덴샤
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1997-09-11
Publication date: 2001-08-07
Also published as: EP0829792A1; DE69720897D1; JPH10143251A; DE69720897T2; JP3800713B2; EP0829792B1; US6325093B1; KR19980024536A

Abstract

본 발명의 배수 설비 제어 장치는 정수장으로부터 배수지로 청정수를 공급하는 물 펌프와, 배수지의 수위를 측정하기 위한 수위 게이지와, 배수지로 급수되는 물을 측정하기 위한 제1 유량계와, 배수 구역으로 송수되는 물을 측정하기 위한 제2 유량계와, 작동되는 펌프의 수를 제어하기 위한 펌프 수 제어부와, 송수에 대한 단기간 수요 예측 데이타를 펌프 수 제어부에 이것의 수요에 따라 제공하는 단기간 수요 예측부를 포함한다.

Description

배수 설비 제어 장치{WATER DISTRIBUTING INSTALLATION CONTROLLERS}

본 발명은 급수 설비 내의 배수지(配水池:reservoir)를 제어하기 위한 배수 설비 제어 시스템에 관한 것이다.

배수지는 물을 정수장으로부터 받아서 그 물을 수요에 따라서 배수 구역으로분배하는 역할을 한다. 배수지는 송수의 순간적 변동을 조정하는 기능과 상류 측에서 사고가 발생하는 등의 경우에도 물을 소정의 양과 압력으로 유지하는 기능을 제공할 필요가 있다. 배수지에 관해서는, 후생성의 감독 하에서 편찬된 "급수 장치의 설계 및 설명"(1990년판)의 369면을 참고할 수 있다. 한편, 산출된 1일 최대 물 소비량에 기초한 작동으로 인해 정수장은 단위 시간 당 소정량의 청정수를 배수지로 공급한다. 전술한 2가지 요건을 균형 있게 만족시킬 수 있는 배수지의 제어가 필요하다. 이러한 제어의 대표적인 실례는 수위를 일정하게 조절하는 것과 매 시간마다 설정되는 목표 수위를 조절하는 것이 있다.

도21은 공지의 배수지 수위 조절이 펌프 수 제어에 적용된 배수 설비를 도시하고 있다. 도21을 참고하면, 배수지(1)에는 그 안의 수위를 측정하는 수위 게이지(2)가 설치된다. 물을 정수지(淨水池:clear-water reservoir)로부터 배수지(1)로 공급하기 위해 물 펌프(3)가 설치된다. 물 펌프(3)는 펌프 수 제어부(4)로부터 도출된 시동/정지 명령에 의하여 제어된다. 펌프 수 제어부(4)는 수위 게이지(2)로부터 도출된 신호에 의하여 작동되는 펌프(3)의 수를 결정한다. 도면 부호 5는 배수 구역의 덕트 망(duct network)을 나타내는 것이다.

상기와 같은 구조로 되어 있는 배수 설비에 의하면, 배수지(1)의 수위가 최고 설정 수위 HWL보다 높은 경우에 펌프(3) 모두는 정지된다. 한편, 수위가 다음과 같게 되면 작동되는 펌프(3)의 수는 다음과 같이 제어된다.

수위가 제1 제어 수위 LT1보다 높으면 펌프(3)의 수는 다음 식에 의해 1개로 결정된다.

LT1 = ((HWL - LWL)/5) × 1 - HWL

여기서, LWL은 최저 설정 수위이다.

수위가 제2 제어 수위 LT2보다 높으면 펌프(3)의 수는 다음 식에 의해 2개로 결정된다.

LT2 = ((HWL - LWL)/5) × 2 - HWL

수위가 제3 제어 수위 LT3보다 높으면 펌프(3)의 수는 다음 식에 의해 3개로 결정된다.

LT3 = ((HWL - LWL)/5) × 3 - HWL

수위가 제4 제어 수위 LT4보다 높으면 펌프(3)의 수는 다음 식에 의해 4개로 결정된다.

LT4 = ((HWL - LWL)/5) × 4 - HWL

수위가 제5 제어 수위 LT5보다 높으면 펌프(3)의 수는 다음 식에 의해 5개로 결정된다.

LT5 = ((HWL - LWL)/5) × 5 - HWL

도22는 공지의 배수지 수위 조절이 밸브 개방 제어에 적용된 배수 설비를 도시하는 것이다. 도22를 참고하면, 배수지(1)에는 그 안의 수위를 측정하는 수위 게이지(2)가 설치된다. 물이 정수지로부터 배수지(1)로 공급될 때에 개방도(opening degree)가 제어되는 물 밸브(6)가 설치된다. 물 밸브(6)는 물 밸브 제어부(7)로부터 도출된 밸브 개방도 변화 명령에 의하여 제어된다. 물 밸브 제어부(7)는 수위 게이지(2)로부터 도출된 신호에 의하여 물 밸브(6)의 개방도를결정한다. 도면 부호 8은 배수 펌프를 나타내는 것이다.

상기와 같은 구조로 되어 있는 배수 설비에 의하면, 배수지(1)의 수위가 최고 설정 수위 HWL보다 높으면 물 밸브(6)는 폐쇄되고, 반면에 수위가 LT1보다 높으면 물 밸브(6)는 50%의 개방도로 유지된다. LT1은 다음 식에 의해 결정된다.

LT1 = ((HWL - LWL)/5) × 1 - HWL

이와 유사하게, 수위가 LT2보다 높으면 물 밸브(6)는 55%의 개방도로 유지된다. 수위가 LT3보다 높으면 물 밸브(6)는 60%의 개방도로 유지된다. 수위가 LT4보다 높으면 물 밸브(6)는 65%의 개방도로 유지된다. 이에 상응하는 공식들은 다음과 같다.

LT2 = ((HWL - LWL)/5) × 2 - HWL

LT3 = ((HWL - LWL)/5) × 3 - HWL

LT4 = ((HWL - LWL)/5) × 4 - HWL

한편, 수위가 LT4보다 낮으면 물 밸브(6)는 70%의 개방도로 유지된다.

도23은 공지의 배수지의 수위 조절이 염소 혼합 배수지에 대한 펌프 수 제어에 적용된 배수 설비를 도시하는 것이다. 도23을 참고하면, 배수지(1)에는 그 안의 수위를 측정하는 수위 게이지(2)가 설치된다. 물을 염소 혼합 배수지(9)로부터 배수지(1)로 공급하기 위해 물 펌프(3)가 설치된다. 물 펌프(3)는 펌프 수 제어부(4)로부터 도출된 시동/정지 명령에 의하여 제어된다. 펌프 수 제어부(4)는 수위 게이지(2)로부터 도출된 신호에 의하여 작동되는 펌프(3)의 수를 결정한다. 도면 부호 5는 배수 구역의 덕트 망을 나타내는 것이다. 펌프의 시동/정지에 있어서, 펌프의 시동은 염소 분사 설비(10)의 유동 변화 시간에 대응하도록 30분 늦춰지고, 펌프의 정지는 염소 분사 설비의 유동 변화 시간에 대응하도록 30분 늦춰진다.

배수 설비의 배수지는 송수의 순간적인 변동 및 시간의 변화에 대한 완충 기능을 제공할 수 있어야 한다. 배수지의 가장 간단한 수위 제어는 수위를 일정하게 유지하는 것인데, 그러나 이러한 조절은 실제에 있어서는 완충 기능에 있어 비효과적이다. 물 분배에 있어 시간 변화를 고려한 매 시간마다 설정되는 목표 수위로 조절하는 것에 의하면 소정의 결과를 얻을 수 있지만, 분배 패턴이 매일 일정하지 않다는 사실로 인해 만족스럽지 않은 결과가 하루에도 여러번 발생하게 된다. 배수지의 상류 측에서 발생하는 사고를 고려할 때, 배수지는 물 저장/분배 용량성을 제공할 수 있어야 한다. 이러한 요건을 완전히 만족시키기 위해서는, 배수지의 수위는 항상 유효 깊이의 범위 내에서 보다 높은 값으로 결정되어야 한다. 그러나 수위는 완충 기능의 요건에 부합될 수 있도록 하기 위해서는 다소 정도로 변동되어야 할 필요가 있고, 사고 발생 시의 요건에 부합될 수 있도록 하기 위해서는 보다 높은 일정한 값으로 유지되어야 할 필요가 있다.

서로 상충되는 위와 같은 요건들을 만족스럽게 조정할 수 있는 제어가 필요하게 되었다. 그러나 그와 같은 이상적 제어는 아직까지는 달성되지 않고 있다.

또한, 상기와 같은 제어에 의하면, 펌프의 시동/정지 횟수가 증가하게 되어서 설비 및 장치에 손상을 주게 되어서 그 결과 내구성이 떨어진다.

따라서, 본 발명의 목적은 효율적인 물 분배 제어를 가능하게 하고 장치의 내구성이 향상되게 하는 배수 설비 제어 장치를 제공하기 위한 것이다.

도1은 본 발명에 따른 배수 설비 제어 시스템의 제1 실시예를 도시하는 블럭 선도.

도2는 n차원 재구성 상태 공간에서의 시계열 송수 데이타를 도시하는 블럭 선도.

도3은 데이타 벡터 x(T)로부터 데이타 벡터 x(T + s)로의 동력학을 나타내는 도2와 유사한 도면.

도4A 내지 도4C는 제1 실시예의 제어 결과를 나타내는 그래프.

도5는 도21에 도시된 종래 기술의 제어 결과를 나타내는 것으로, 도4A 내지 도4C와 유사한 그래프.

도6은 제1 실시예와 종래 기술에서 고찰된 5개의 펌프에 대한 유량 대 수위/수압을 나타내는 것으로, 도5와 유사한 도면.

도7은 본 발명의 제2 실시예를 도시하는 도1과 유사한 도면.

도8A 내지 도8B는 제2 실시예의 제어 결과를 나타내는 것으로, 도6과 유사한 도면.

도9는 본 발명의 제3 실시예를 도시하는 것으로, 도7과 유사한 도면.

도10A 내지 도10C는 제3 실시예의 제어 결과를 나타내는 것으로, 도8A 내지도8B와 유사한 도면.

도11은 종래 기술의 제어 결과를 나타내는 것으로, 도10A 내지 도10C와 유사한 도면.

도12A 내지 도12C는 염소 농도의 변화를 나타내는 것으로, 도11과 유사한 도면.

도13은 염소 농도의 변화를 나타내는 것으로, 도12A 내지 도12C와 유사한 도면.

도14는 본 발명의 제4 실시예를 나타내는 것으로, 도9와 유사한 도면.

도15는 제4 실시예의 제어 결과를 나타내는 것으로, 도13과 유사한 도면.

도16은 종래 기술의 제어 결과를 나타내는 것으로, 도15와 유사한 도면.

도17은 제4 실시예와 종래 기술에서 고찰된 것으로 모든 펌프가 가변 회전 속도 작동 상태에 놓여 있는 5개의 펌프에 대한 유량 대 수위/수압을 나타내는, 도16과 유사한 도면.

도18은 제5 실시예에서 고찰된 것으로 하나의 펌프만이 가변 회전 속도 작동 상태에 놓여 있는 5개의 펌프에 대한 유량 대 수위/수압을 나타내는, 도17과 유사한 도면.

도19는 제5 실시예의 제어 결과를 나타내는 것으로, 도18과 유사한 도면.

도20은 종래 기술의 제어 결과를 나타내는 것으로, 도19와 유사한 도면.

도21은 공지의 배수 설비 제어 시스템을 나타내는 것으로, 도14와 유사한 도면.

도22는 또 다른 공지의 배수 설비 제어 시스템을 나타내는 것으로, 도21과 유사한 도면.

도23은 또 다른 공지의 배수 설비 제어 시스템을 나타내는 것으로, 도22와 유사한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1, 11: 배수지

2, 12: 수위 게이지

3, 13: 펌프

4, 14: 펌프 수 제어부

5, 15: 덕트 망

7, 23 : 물 밸브 제어부

10, 25 : 염소 분사 설비

16, 17: 유량계

18: 단기간 수요 예측부

본 발명에 따르면, 물을 배수 구역에 분배하기 위해 정수장 및 배수지를 갖춘 배수 설비를 제어하기 위한 시스템에 있어서, 정수장으로부터 배수지로 물을 공급하기 위한 급수 수단과, 배수지 내의 수위를 측정하기 위해 배수지 내에 배열된 수위 게이지와, 배수지로 향하는 급수를 측정하기 위해 배수지와 급수 수단 사이에 배열된 제1 유량계와, 배수 구역으로 향하는 송수를 측정하기 위해 배수지와 배수 구역 사이에 배열된 제2 유량계와, 송수를 수용하는 단기간 수요 예측부와, 그리고 수위, 급수, 송수 및 단기간 수요 예측 데이터를 수용하는 제어기를 포함하며, 단기간 수요 예측부는 단위 시간당 통합 데이터로서 상기 송수를 시계열 방식으로 누적시키며, 송수에 대한 과거의 시계열 데이터를 n 차원 및 t 지연 시간의 상태 공간 안으로 포함시킴으로써 단기간 수요 예측 데이터를 형성하며, 상기 제어기는 단기간 수요 예측 데이터에 따라 1시간 단위 이후 예측된 수위를 계산하기 위한 제1 부재 및 상기 예측된 수위에 따라 급수 수단을 제어하기 위한 제2 부재를 갖추고 있다.

도면 전체에 걸쳐서 동일한 도면 부호는 같은 부재를 나타내는 도면을 참고하여 본 발명에 따른 배수 설비 제어 시스템의 양호한 실시예에 대하여 설명한다.

도1 내지 도4, 그리고 도6은 본 발명의 제1 실시예를 나타내고 있다. 도1은 배수 설비 제어 시스템이 펌프 수 제어에 적용된 배수 설비를 나타내고 있다. 도1을 참고하면, 배수지(11)에는 그 안의 수위를 측정하기 위한 수위 게이지(12)가 설치되어 있다. 도시되지 않은 정수지 안에 임시로 축적되는 청정수를 배수지(11)로 공급하기 위하여 물 펌프(13)가 설치된다. 수위 게이지(12)는 배수지(11)의 수위를 전기 신호로 변환하여 펌프 수 제어부(14)로 제공한다. 배수지(11)는 수요에 따라서 청정수를 자유 낙하에 의해 배수 구역의 덕트 망(15)으로 분배시킨다.

펌프 수 제어부(14)는 수위 게이지(12)로부터 도출되는 전기 신호 외에도 물 펌프(13)의 급수를 측정하기 위한 제1 유량계(16)로부터 도출되는 전기 신호와, 배수지(11)의 송수를 측정하기 위한 제2 유량계(17)로부터 도출된 전기 신호를 받는다. 펌프 수 제어부(14)는 위와 같은 신호들 즉, 배수지(11)의 수위, 급수, 송수, 및 펌프 시동/정지 명령을 제공하기 위해 후술된 단기간 수요 예측 데이타에 따라서 물 펌프(13)의 시동/정지를 결정하여 물 펌프(13)를 제어한다.

단기간 수요 예측부(18)가 제2 유량계(17)로부터 도출된 송수를 나타내는 전기 신호를 받아서 펌프수 제어부(14)의 요구시에 펌프 수 제어부(14)에 단기간 수요 예측을 제공한다. 이하에서 설명하게 되는 단기간 수요 예측부(18)는 카오스 이론에 기초한 단기간 수요 예측 방법을 채택한다. 단기간 수요 예측부(18)는 송수를 단위 시간 당 통합 데이타로서 시계열 방법으로 누적하고 송수에 대한 과거의 시계열 데이타를 n차원 및 t지연 시간의 상태 공간 안으로 포함시킨다.

우선, 벡터(y(t), y(t - τ), y(t - 2τ), … y(t - (n - 1)τ))[여기서, τ는 지연 시간]를 송수에 대한 시계열 데이타로부터 만든다. 벡터는 n차원 재건 상태 공간 [Rⁿ] 내의 한 지점을 나타낸다. 따라서, 시간 t가 변화되었을 때, 벡터는 도2에 도시된 바와 같은 n차원 재구성 상태 공간 내에서의 경로를 나타낸다. 도2 내지 도3을 참고하면, 최근의 관찰에 의해 얻어진 데이타 벡터 z(T)는 n차원 재건 상태 공간 내에서 도시되었다. 데이타 벡터 z(T) 근처의 데이타 벡터가 x(i)라고 가정하면, s 단계 이후의 데이타 벡터 x(i)의 상태는 x(i + S)이다. 또한, s 단계 이후의 데이타 벡터 z(T + s)의 예상치는 ∧z(T + s)이다. 예상치는 이하에서는 ∧와 함께 표시된다. 상태 x(i)로부터 s 단계 이후의 상태 x(i + s)로의 변화는 x(i)와 x(i + s)를 사용한 언어 표현으로 나타낼 수 있다.

IF x(T) is x(i) THEN x(T+s) is x(i+s)

상기 식1에서, x(T)는 n차원 재건 상태 공간 내에서 데이타 벡터 z(T) 근처의 데이타 벡터를 나타내는 집합이고, x(i)는 n차원 재건 상태 공간 내에서 s 단계 이후의 데이타 벡터 x(T)를 나타내는 집합이고, 이에 따라 상태 z(T)로부터 상태 z(T + s)로의 동력학은 상태 x(i)로부터 상태 x(i + s)로의 동력학에 기초하여 산출될 수 있다.

n 차원 재건 상태 공간 내에 포함된 견인자는 매끄러운 다양체(smooth manifold)이고, z(T)로부터 z(T + s)로의 경로는 z(T)와 x(i) 간의 유클리드의 거리에 의해 영향을 받는다. 또한, 다음과 같이 식이 주어진다.

), y(i-2

), …y(i-(n-1)

))

x(i+s) = (y(i+s), y(i+s-

), y(i+s-2

), …y(i+s-(n-1)

))

n 차원 재건 상태 공간에서의 a j 축으로 나타낼 때, 식2는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

IF aj(T) is yj(i) THEN aj(T+s) is yj(i+s) (j=1 …n)

여기서, aj(T)는 n차원 재건 상태 공간 내에서의 z(T)의 근처 값 x(i)의 j축 성분이고, aj(T + s)는 n차원 재건 상태 공간 내에서의 z(T)의 근처 값 x(i + s)의 j축 성분이고, n은 포함된 차원의 수이다.

z(T)로부터 ∧z(T + s)로의 경로는 포함된 견인자가 매끄러운 다양체라는 사실로 인해 z(T)로부터 x(i)까지의 벡터 거리에 비선형적으로 영향을 받는다. 따라서, 식3은 x(T)로부터 x(T + s)까지의 매핑이 비선형적이게 하는 퍼지 함수로서 다음과 같은 식으로 나타내진다.

z(T)=(y(T), y(T-τ), y(T-2τ), … y(T-(n-1)-τ))이므로, n차원 재건 상태 공간에서의 z(T)의 j축 성분은 yj(T)이다. 따라서, s 단계 이후의 데이타 벡터 z(T)를 나타내는 데이타 벡터 z(T + s)의 예측치 ∧z(T + s)의 j축 성분 즉, 상기식4에서 퍼지 값 j(T)을 aj(T)에서 감하는 퍼지 추론에 의하여 얻어질 수 있는 예측치 ∧z(T + s)의 j축 성분은 aj(T+s)이다.

단기간 수요 예측부(18)는 상기와 같은 방식으로 얻어진 배수 구역의 수요에 대한 예측 데이타를 펌프 수 제어부(14)로 이것의 수요에 따라 제공한다. 펌프 수 제어부(14)는 예측 수위 계산부와 펌프 시동/정지 제어부를 포함한다. 우선, 예측된 수위 계산부의 작동에 대해서 이하에서 설명한다. 예측된 수위 계산부는 다음 식에 기초하여 단기간 수요 예측부(18)에 채택된 1 단위 시간 후의 예측된 수위 L1을 계산한다.

L1 = (Q0 - Q1)/S + L0

이어서, 2 단위 시간 후의 예측된 수위 L2는 다음과 같다.

L2 = (Q0 - Q2)/S + L1

이와 유사하게, 3 단위 시간, 4 단위 시간, 5 단위 시간, … 12 단위 시간 후의 예측된 수위 L3, L4, L5, … L12는 다음과 같다.

L3 = (Q0 - Q3)/S + L2

L4 = (Q0 - Q4)/S + L3

L5 = (Q0 - Q5)/S + L4

·

L12 = (Q0 - Q12)/S + L11

여기서, S는 배수지(11)의 바닥 면적이고, L0은 현재의 수위이고, Q0은 (단위 시간 당) 물 펌프(13)의 급수(현재 값의 적분)이고, Q1은 제1 단위 시간 중의 예측된 급수, Q2는 제2 단위 시간 중의 (단위 시간 당) 예측된 급수 등등이다.

이어서, 펌프 시동/정지 제어부의 작동에 대하여 설명한다. 펌프 시동/작동 제어부는, 예측된 수위가 최고 설정 수위 또는 펌프 수 제어를 위해 사용된 사전 설정 예측 유효 수 ET의 범위 내에서의 펌프 수 감소 수위 HWL 이상인 때에는 물 펌프(13)를 하나 감소시키는 제어를 수행하고, 예측된 수위가 최저 설정 수위 또는 사전 설정 예측 유효 수 ET의 범위 내에서의 펌프 수 증가 수위 LWL 이하인 때에는 물 펌프(13)를 하나 증가시키는 제어를 수행한다. 물 펌프(13)는 상기한 바와 같은 방식으로 펌프 수 제어부(14)로부터 도출된 펌프 시동/정지 명령에 의하여 제어된다.

도4A 내지 도5를 참고하여, 제1 실시예의 결과와 도21에 도시된 종래 기술의 결과를 서로 비교 설명한다. 도4A 내지 도4C를 참고하면, 제1 실시예의 설정치는 다음과 같다. 최고 설정 수위 HWL는 9m, 최저 설정 수위 LWL는 5m, 단위 시간은 1시간, 예측 유효 수 ET는 8, 제어 주기는 1시간, 배수지(11)의 유효 깊이는 10m이다. 송수 예측을 위하여, 제어를 개시하기 이전의 1.5개월 동안의 시간 당 송수를 단기간 수요 예측부(18)로 입력한다.

도4A는 제3 펌프(13)가 지점(B)에서 시동되는 것을 나타내는 것으로, 물 펌프(13)가 하루 동안 시동된 데이타를 나타내고 있다. 도4A로부터 알 수 있는 바와 같이, 지점(A)에서의 수위가 지점(B)보다 낮지만 예측된 수위에서는 아무런 문제가발생하지 않으므로 지점(A)에서는 제3 펌프가 시동되지 않으며, 지점(B)에서는 앞으로의 수위가 낮아질 것으로 예측되기 때문에 펌프가 시동된다.

도4B는 제3 펌프(13)가 지점(D)에서 정지되는 것을 나타내는 것으로, 물 펌프(13)가 하루 동안 정지된 데이타를 나타내고 있다. 도4B로부터 알 수 있는 바와 같이, 지점(C)에서의 수위가 지점(D)보다 높지만 예측된 수위에서는 아무런 문제가 발생하지 않으므로 지점(C)에서는 제3 펌프가 정지되지 않으며, 지점(D)에서는 앞으로의 수위가 높아질 것으로 예측되기 때문에 펌프가 정지된다.

도4C는 수위가 송수의 변동에 따라 변화하는 것을 나타내는 것으로, 물 펌프(13)가 하루 동안 시동/정지된 데이타를 나타내고 있다.

도5는 수위가 송수의 변동에 따라 변화하는 것을 나타내는 것으로, 종래 기술에서의 통상 하루 동안의 데이타를 나타내고 있는 것인데, 수위가 LT1과 같은 설정치를 초과하는 경우에는 언제나 펌프 시동/정지가 발생하여 제어 범위 내에서 유지될 수 있게 하므로 그 결과 횟수가 증가하게 된다. 종래 기술에서의 설정치는 제1 실시예에서의 설정치와 동일하다.

제1 실시예는 연속 14일 동안의 데이타를 고찰한 것이다. 펌프 시동 횟수는 5회, 수위는 HWL과 LWL 사이에서 완만하게 변화하고 HWL이나 LWL을 지나치지 않는다. 이와 유사하게, 종래 기술은 제1 실시예의 데이타와 유사하게 연속 14일을 1주기로 한 총 송수량에 대한 데이타를 고찰한 것이다. 펌프 시동 횟수는 52회이고, 수위는 HWL이나 LWL을 지나치지 않는다. 펌프의 갯수는 제1 실시예에서 2개 내지 3개인 반면에, 종래 기술에서는 1개 내지 3개이다.

도6은 제1 실시예와 종래 기술에서 고찰한 5개의 펌프에 대한 유량 대 수위/수압을 나타내고 있다. 제1 실시예는 물 펌프(13)를 병렬 작동식으로 포함하고 또한 공동의 물 덕트를 포함하는데, 이 경우 덕트의 항력을 고려하면 급수는 작동하는 펌프(13)의 수가 증가함에 따라 천정에 가속되어 도달한다. 즉, 각 펌프(13)의 효율은 급수가 가속적으로 감소됨에 따라 낮아진다. 따라서, 에너지 절약의 관점에서 보면, 펌프 작동은 작동되는 펌프(13)의 수가 적게 변화하면서 또한 사이에 송수 평균치가 위치하는 2개의 유량치를 보장하는 느린 교대로 실행되는 것이 바람직하다. 이와 같은 펌프 작동은 2개의 펌프(13)의 작동과 3개의 펌프(13)의 작동이 천천히 반복적으로 실행되는 제1 실시예의 펌프 작동과 상응한다.

제1 실시예에서, 배수 설비는 정수장으로부터 청정수를 받아서 그 청정수를 배수 구역으로 분배한다. 구조를 고려할 때, 정수장은 2개의 펌프(13)의 작동과 3개의 펌프(13)의 작동이 천천히 반복 실행되는 제1 실시예의 상태가 정수장의 안정된 작동에 큰 효과를 발휘할 수 있도록 실질적으로 소정량의 청정수를 안정되게 공급하는 것이 바람직하다.

이어서, 제1 실시예의 효과에 대하여 설명한다. 제1 실시예에 따르면, 펌프 시동 횟수는 14일 동안 5회뿐인데, 그 의미는 물 펌프(13)와 부속된 장치의 내구성뿐만 아니라 펌프 시동 시의 보다 많은 양의 전류의 관점에서 볼 때 에너지 절약의 관점에서도 제어가 우수하다는 것을 의미한다. 또한, 작동되는 펌프(13)의 수는 2 내지 3개인데, 이 결과 펌프가 고 효율로 작동되고 정수장으로부터 물을 안정되게 공급받게 되어 배수 설비의 주행 성능이 우수해진다.

도7 내지 8B는 본 발명의 제2 실시예를 도시하는 것이다. 도7은 배수 설비 제어 장치가 밸브 개방 제어에 적용된 배수 설비를 도시하는 것이다. 일반적으로, 정수장에서 만들어진 청정수는 배수 구역의 배수지에 자유 낙하 또는 물 펌프에 의해 공급된다. 배수지는 물 밸브의 제어에 의해 소요되는 양에 따라서 청정수를 공급받는다. 그러나 정수장은 청정수를 일정하게 만들기 때문에 배수지는 종종 전체 시스템의 특성을 고려해서 일정 유량에 근접한 유량으로 청정수를 공급받을 수 있도록 작동되어야 한다. 제2 실시예에서, 정수장으로부터 나오는 청정수의 유량은 물 밸브(21)에 의해 제어된다. 배수지(11)는 청정수를 분배 펌프(22)를 통해서 배수 구역 내의 덕트 망(15)으로 이들의 수요에 따라서 분배한다.

배수지(11)의 수위는 물 밸브 제어부(23)에 설치된 수위 게이지(12)에 의해 측정된다. 물 밸브(21)를 통해서 받은 물의 양은 물 밸브 제어부(23)에 설치된 제1 유량계(16)에 의해 측정된다. 또한, 배수지(11)의 송수는 물 밸브 제어부(23)에 설치된 제2 유량계(17)에 의해 측정된다. 단기간 수요 예측부(18)는 제2 유량계(17)로부터 도출된 송수를 나타내는 전기 신호를 받아서 물 밸브 제어부(23)에 의한 요구 시에 단기간 수요 예측 데이타를 제공한다. 물 밸브 제어부(23)는 수위, 송수 및 단기간 수요 예측 데이타에 기초하여 물 밸브(21)의 개방도를 결정하여서 밸브 개방도 제어를 위한 밸브 개방/폐쇄 명령을 제공한다.

단기간 수요 예측부(18)는 국부 퍼지 재건법인 무게 중심법을 채용한다. 국부 퍼지 재건법에 관해서는 발명자가 다다시 이오끼베(Tadashi IOKIBE)인 미국 특허 출원 제08/395,980호를 참고할 수 있다. 무게 중심법은 n차원 재건 상태 공간내에 데이타 z(T)를 포함시키고 z(T) 근처 데이타를 추출할 때까지는 국부 퍼지 재건법과 동일한 단계를 취한다. 예측을 위해, z(T) 근처 데이타 값의 무게 중심을 z(T)의 j축 성분에 관하여 얻어서 예측치로서 활용한다. 단기간 수요 예측부(18)는 상기와 같은 방식으로 얻어진 배수 구역의 수요에 따른 예측 데이타를 물 밸브 제어부(23)에 이것의 수요에 따라 제공한다.

물 밸브 제어부(23)는 제1 실시예에서 설명한 바와 같은 예측 수위 계산부와 밸브 제어부를 포함한다. 이하에서는 밸브 제어부의 작동에 대해 설명한다. 밸브 제어부는, 예측된 수위가 사전 설정 예측 유효 수 ET의 범위 내에서의 밸브의 점진적 폐쇄 작동 시의 최고 설정 수위 HWL보다 높은 때에는 물 밸브(21)의 폐쇄를 소정량으로 제어하는 것을 실행하고, 예측된 수위가 사전 설정 예측 유효 수 ET의 범위 내에서의 밸브의 점진적 개방 작동 시의 최저 설정 수위 LWL보다 낮은 때에는 물 밸브(21)의 개방을 소정량으로 제어하는 것을 실행한다. 물 밸브(21)는 상기한 방식으로 밸브 제어부(21)로부터 도출된 밸브 제어 명령에 의해 제어된다.

도8A 내지 도8B를 참고하여, 제2 실시예의 밸브 개방 제어 결과와 종래 기술의 밸브 개방 제어 결과를 서로 비교 설명한다. 도8A 내지 도8B를 참고하면, 제2 실시예의 설정치는 다음과 같다. 최고 설정 수위 HWL는 9m, 최저 설정 수위 LWL는 6m, 단위 시간은 1시간, 예측 유효 수 ET는 8, 제어 주기는 1시간, 배수지(11)의 유효 깊이는 10m이다. 송수 예측을 위하여, 제어를 개시하기 이전의 1.5개월 동안의 시간 당 송수를 단기간 수요 예측부(18)로 입력한다.

도8A는 물 밸브(21)가 지점(B)에서 시동되는 것을 나타내는 것으로, 물밸브(21)가 하루 동안 시동된 데이타를 나타내고 있다. 도8A로부터 알 수 있는 바와 같이, 지점(B)과 실질적으로 동일한 수위를 거치는 예측된 수위에서는 아무런 문제가 발생하지 않으므로 지점(A)에서는 밸브 개방도가 변동되지 않으며, 지점(B)에서는 앞으로의 수위가 낮아질 것으로 예측되기 때문에 밸브 개방도가 점진적으로 증가한다. 한편, 도8B에 도시된 종래 기술에 있어서는, 수위가 송수에 따라서 변동하므로 수위가 LT1과 같은 설정치를 초과할 때마다 밸브의 점진적인 개방/폐쇄가 발생한다. 종래 기술에서의 제어는 수위를 제어 범위 내에 유지시킬 수는 있지만, 밸브 조정 횟수가 증가한다는 단점이 있다.

제2 실시예는 연속 14일 동안의 데이타를 고찰한다. 밸브 작동의 횟수는 3회이다. 제2 실시예에서 밸브 작동 횟수가 적은 이유는 수위의 변화가 수위 제어 폭을 최적화 하는 값으로 밸브 개방도가 자체적으로 대응하여서 일단 안정화되면 거의 변화하지 않기 때문이다. 수위는 HWL과 LWL 사이에서 변화하고 HWL이나 LWL을 지나치지 않는다. 이와 유사하게, 종래 기술은 제2 실시예와 유사하게 총 수위에 대한 1주기의 연속 14일 동안의 데이타를 고찰한다.밸브 작동 횟수는 55회이고, 수위는 HWL이나 LWL을 지나치지 않는다.

이어서, 제2 실시예의 효과에 대해 설명한다. 제2 실시예에 따르면, 청정수를 공급받는 배수지(11)를 제어하는 경우에도 단기간 수요 예측을 채택하는 제어는 밸브 작동의 횟수를 감소시킬 수 있다. 또한, 물 밸브(21)를 통해서 청정수를 받는 배수지(11)의 제어를 하는 경우, 밸브 개방도는 밸브 작동 횟수를 일정 지연 시간을 가지고 최소화시키는 값에 자체적으로 대응하여서 보다 안정적인 제어를 가능하게 한다. 또한, 밸브 작동 횟수가 감소됨에 따라 정수장으로부터 나오는 청정수를 안정되게 공급받을 수 있게 되어 정수장의 안정된 작동에 기여를 하게 되고, 물 탱크의 크기를 줄일 수 있게 되어 청정수를 저 비용으로 공급할 수 있다. 또한, 밸브 작동 횟수가 적어서 청정수를 긴 덕트 등을 통해서 공급할 때에 발생하는 물의 해머 작용을 방지하는 효과가 있다. 끝으로, 위와 같은 고찰에 의해 단기간 수요 카오스 예측을 위한 무게 중심법은 상당히 우수한 제어 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

도9 내지 도13은 본 발명의 제3 실시예를 나타내는 것이다. 도9는 물 분재 장치 제어 장치가 염소 혼합 배수지용 펌프 수 제어에 적용된 배수 설비를 도시하고 있다. 도9를 참고하면, 물 펌프(13)는 도시되지 않은 정수지 안에 임시로 저장된 청정수를 배수지(11)로 공급하도록 설치된다. 배수지(11)는 청정수를 분배 펌프(22)에 의해 배수 구역의 덕트 망(15)으로 이것들의 수요에 따라서 분배한다. 배수지(11)의 수위는 펌프 수 제어부(14)에 설치된 수위 게이지(12)에 의해 측정된다. 물 펌프(13)의 급수는 펌프 수 제어부(14)에 설치된 제1 유량계(16)에 의해 측정된다. 또한, 배수지(11)의 송수는 펌프 수 제어부(14)에 설치된 제2 유량계(17)에 의해 측정된다.

제2 유량계(17)에 의해 측정된 송수는 펌프 수 제어부(14)에 이것의 요구에 따라 단기간 수요 예측 데이타를 출력하는 단기간 수요 예측부(18)로 제공된다. 펌프 수 제어부(14)는 수위, 급수, 송수 및 단기간 수요 예측 데이타에 따라서 물 펌프(13)의 시동/정지를 결정하여서 물 펌프(13)를 제어하기 위한 펌프 시동/정지명령을 제공한다. 물 펌프(13)의 시동 시에 염소 분사 설비(25)는 분사량 변경을 위한 시간이 필요하다는 점을 감안하여, 펌프 시동은 30분 동안 실행된다. 이와 유사하게 펌프 정지가 결정된 후에 펌프 정지는 30분 동안 실행된다.

단기간 수요 예측부(18)는 다음과 같은 단기간 수요 예측을 보장한다. 우선, 과거의 송수 패턴은 다음과 같은 3 가지의 요일 형태로 분류할 수 있다.

1 형태: 월요일-금요일

2 형태: 토요일

3 형태: 일요일과 (일요일 이전의) 공휴일

하루의 단기간 수요 예측을 위해, 요일의 형태에 따른 동일한 형태 중에서 과거의 날들로부터 가장 인접한 날을 3일 선택하여, 예측 시간 상의 이들 날의 데이타의 물 분배 데이타로부터 추출하여서 그 평균치를 결정하여 예측치를 얻는다. 일례로, 화요일의 11시의 송수가 결정되었을 때, 1 형태의 가장 인접한 3일 즉, 앞으로의 월요일, 지난 금요일, 지난 목요일을 고찰하고 3일의 송수 평균을 결정하여(월요일 11시 540m³, 금요일 11시 600m³, 화요일 11시 510m³), 550m³의 예측치를 얻는다.

이어서, 펌프 수 제어부(14)에 대하여 설명한다. 여기서의 펌프 수 제어부(14)의 제어는 물 펌프(13)의 시동/정지를 위한 것이고 펌프 시동은 염소 분사 설비(25)의 분사량 변경 시간에 대응하여 30분 지연되고 펌프 정지는 염소 분사 설비의 분사량 변경 시간에 대응하여 30분 지연된다는 점을 제외하면 제1 실시예에서 설명한 펌프 수 제어부(14)의 제어와 동일하다.

도10A 내지 도10C를 참고하여, 제3 실시예의 제어 결과와 도11에 도시된 종래 기술의 제어 결과를 서로 비교 설명한다. 도10A 내지 도10C를 참고하면, 제3 실시예에서의 설정치는 다음과 같다. 최고 설정 수위 HWL는 9m, 최저 설정 수위 LWL는 5m, 단위 시간은 1시간, 예측 유효 수 ET는 8, 제어 주기는 1시간, 펌프 시동 결정 후 펌프 시동에까지 걸리는 대기 시간은 30분, 배수지(11)의 유효 깊이는 10m이다. 송수 예측을 위하여, 제어를 개시하기 이전의 2개월 동안의 시간 당 송수를 단기간 수요 예측부(18)로 입력한다.

도10A는 물 펌프(13)가 시동 결정된 후 30분 동안 시동되는 것을 나타내는 것으로, 물 펌프(13)가 하루 동안에 시동된 데이타를 나타내고 있다. 도10B는 물 펌프(13)가 정지 결정된 후 30분 정지되는 것을 나타내는 것으로, 물 펌프(13)가 하루 동안에 정지된 데이타를 나타내고 있다. 도10C는 펌프의 시동/정지가 전혀 필요 없을 때에 이와 같은 방식으로 수위가 변동하는 것을 나타내는 것으로, 하루 동안에 물 펌프(13)가 시동/정지되지 않은 데이타를 나타내고 있다.

도11은 종래 기술에서의 통상 하루 동안의 데이타를 나타내는 것으로, 수위가 송수의 변동에 따라 변동하고 이에 따라 펌프의 시동/정지가 발생하는 것을 나타내고 있다. 펌프는 펌프의 시동이 결정된 후 30분 동안 시동되고, 펌프의 정지가 결정된 후 30분 동안 정지된다. 이 날의 펌프 시동 횟수는 4회이고, 펌프 정지 횟수는 4회이다.

제3 실시예는 연속 14일 동안의 데이타를 고찰한다. 펌프의 작동 횟수는 5회이다. 이러한 고찰에 의하면, 염소 분사 설비(25)의 유량 변화가 지연되기는 하지만 단기간 수요 예측에 기초한 배수지(11)의 제어는 아주 우수하다는 것을 알 수 있다. 또한, 도10A 및 도10B에 도시된 바와 같이 펌프 시동/작동 횟수가 적기 때문에 염소 분사 설비(25)의 분사량의 변동 횟수는 도12A 내지 도12B에 도시된 바와 같이 보다 적어진다. 도10C에 도시된 바와 같이 펌프 시동/정지가 발생하지 않은 날에는 염소 분사 설비(25)의 분사량이 도12C에 도시한 바와 같이 변동하게 되어서 염소 농도가 안정된 물 분사가 가능해진다. 이와 유사하게, 종래 기술은 제3 실시예와 유사하게 총 송수에 대한 1주기의 연속 14일 동안의 데이타를 고찰한다. 펌프의 시동 횟수는 57회이다. 염소 분사 설비(25)의 분사량은 펌프의 시동/정지에 따라 변동하므로 도11에 도시한 바와 같은 보다 많은 횟수의 펌프 시동/정지는 분배된 물 내의 염소 농도가 도13에 도시된 바와 같이 보다 크게 변동되게 한다.

이어서, 제3 실시예의 효과에 대하여 설명한다. 제3 실시예에 따르면, 펌프 시동 횟수는, 즉시의 펌프 시동이 가능하지 않은, 즉 제1 실시예에서처럼 물 펌프(13)의 내구성과 에너지 저장의 관점에서 제어가 우수할 뿐만 아니라 염소 분사 설비(25)의 작동도 안정된 것을 의미하는 것으로서의 즉시의 펌프 시동이 가능하지 않은 장치의 경우에도 14일 동안에 5회이다. 또한, 작동되는 펌프의 수는 제1 실시예와 마찬가지로 2 내지 3이고, 이 결과 펌프가 고 효율로 작동되고 정수장으로부터 물을 안정되게 공급받을 수 있게 되어서 배수 설비의 작동이 우수해진다. 또한, 단기간 수요 예측은 과거 데이타의 패턴 분류 방법에 기초하여 이루어지는데, 이는 다른 예측 방법에 비해 배수 설비의 작동을 우수하게 한다.

도14 내지 도17은 본 발명의 제4 실시예를 나타내는 것이다. 도14는 배수 설비 제어 장치가 펌프 수/회전 속도 변속 제어에 적용한 배수 설비를 나타내고 있는 것이다. 도14를 참고하면, 물 펌프(13)는 도시되지 않은 정수지 내에 임시 저장된 청정수를 배수지(11)로 공급하도록 설치된다. 물 펌프(13)는 회전 속도 변속 시의 작동을 위한 펌프 수/회전 속도 변속 제어부(26)에 의해 제어된다. 펌프 수/회전 속도 변속 제어부(26)는 펌프 시동/정지 명령과 회전 속도 변속 작동 명령을 제공한다.

펌프 수/회전 속도 변속 제어부(26)는 수위 게이지(12)로부터 도출된 전기 신호, 물 펌프(13)의 급수를 측정하기 위한 제1 유량계(16)로부터 나온 전기 신호, 배수지(11)의 송수를 측정하기 위한 제2 유량계(17)로부터 도출된 전기 신호를 받는다. 펌프 수/회전 속도 변속 제어부(26)는 위와 같은 전기 신호 즉, 수위, 급수, 송수 및 단기간 수요 예측 데이타에 따라서 물 펌프(13)의 시동/정지를 결정하여서 물 펌프(13)를 제어한다. 단기간 수요 예측 데이타는 단기간 수요 예측부(18)로부터 출력된다.

단기간 수요 예측부(18)는 제1 실시예와 동일한 방식으로 얻어진 배수 구역의 요구에 따른 예측 데이타를 펌프 수/회전 속도 변속 제어부(26)에 이것의 요구에 따라 제공한다. 펌프 수/회전 속도 변속 제어부(26)는 예측 수위 계산부와 펌프 제어 명령치 결정부를 포함한다. 예측 수위 계산부의 작동에 대해서는 이것이 제1 실시예와 동일한 방식으로 작동되기 때문에 여기에서는 설명하지 않는다. 이하에서는 펌프 제어 명령치 결정부의 작동에 대하여 설명한다.

펌프 제어 명령치 결정부는, 예측된 수위가 최고 설정 수위 HWL 이상인 때에는 사전 설정 예측 유효 수 ET의 범위 내에서 물 펌프(13)를 하나 감소시키는 제어를 수행하고, 예측된 수위가 최저 설정 수위 LWL 이하인 때에는 사전 설정 예측 유효 수 ET의 범위 내에서 물 펌프(13)를 하나 증가시키는 제어를 수행한다. 또한, 펌프 제어 명령치 결정부는 예측된 수위가 HWL 이상인 때에는 회전 속도 변속 제어를 위해 사용되는 사전 설정 예측 유효 수 VT의 범위 내에서 물 펌프(13)의 회전 속도를 감소시키는 제어를 수행하고, 예측된 수위가 LWL 이하인 때에는 사전 설정 예측 유효 수 VT의 범위 내에서 물 펌프(13)의 회전 속도를 증가시키는 제어를 수행한다. 물 펌프(13)의 회전 속도의 변속 작동량은 수위 예측의 오차 즉, VT 범위 내에서 제어 범위로부터의 편차를 포함하는 다음과 같은 식으로 주어진다.

작동량(%) = Σ(오차) × 게인 × 100

여기서, 게인(GAIN)은 회전 속도 변속의 이득이다.

제4 실시예의 제어와 도16에 도시된 종래 기술의 제어를 비교하기 위해, 도21에 도시된 바와 같이 펌프 수 제어부 대신에 펌프 수/회전 속도 변속 제어를 채택한 배수 설비와 관련하여 설명한다. 이와 같은 배수 설비에 의하면, 배수지(11)의 수위가 제1 제어 수위 LT1보다 클 때에 작동하는 펌프(3)의 수는 1개가 된다. LT1은 최소 설정 수위 HWL과 같다.

수위가 제2 제어 수위 LT2보다 클 때에 작동하는 펌프(3)의 수는 다음 식에 의해 2개로 결정된다.

LT2 = ((HWL - LWL)/3) × 1 - HWL

수위가 제2 제어 수위 LT2와 제3 제어 수위 LT3 사이에 있을 때에 작동하는 펌프(3)의 수는 다음 식에 의해 3개로 결정된다.

LT3 = ((HWL - LWL)/3) × 2 - HWL

이와 유사하게, 수위가 LT4와 LT3 사이에 있을 때에 작동하는 펌프(3)의 수는 4개이다. LT4는 최저 설정 수위 LWL과 같다. 수위가 LT4보다 낮으면 작동하는 펌프(3)의 수는 5개가 된다.

물 펌프(3)의 회전 속도의 변속 작동량은 다음 식에 의해 결정된다.

작동량(%) = 오차(T) × 게인(T) × 100

여기서, 오차(T)는 수위의 오차 또는 제어 범위로부터의 편차이고, 게인(T)은 회전 속도 변속의 이득이다.

도15 내지 도16을 참고하여, 제4 실시예의 제어 결과와 종래 기술의 제어 결과를 서로 비교 설명한다. 도15를 참고하면, 제4 실시예의 설정치는 다음과 같다. 최고 설정 수위 HWL는 9m, 최저 설정 수위 LWL는 5m, 단위 시간은 1시간, 펌프 수 제어를 위하여 사용되는 예측 유효 수 ET는 3, 회전 속도 변속 제어를 위해 사용되는 예측 유효 수 VT는 8, 제어 주기는 1시간, GAIN(T)는 0.005, 배수지(11)의 유효 깊이는 10m이다. 송수 예측을 위하여, 제어를 개시하기 이전의 1.5개월 동안의 시간 당 송수를 단기간 수요 예측부(18)로 입력한다. 도16을 참고하면, 종래 기술에서의 설정치는 다음과 같다. HWL는 9m, LWL는 6m, 중간 설정 수위 MWL은 7.5m, 제어 주기는 1시간, GAIN(T)는 0.1이다.

도15를 참고하여 제4 실시예의 제어 결과를 설명한다. 도 15로부터 알 수있는 바와 같이, 펌프 정지/시동은 발생하지 않았고, 회전 속도 변속 작동 명령은 22시에 97%로부터 95%로 변동되었다. 수위는 제어 범위 내에서 완만하게 변화한다. 연속 14일 동안, 펌프 시동 횟수는 0회이고, 회전 속도의 변속 작동 명령 발생 횟수는 30회이다.

도16을 참고하여 종래 기술의 제어 결과에 대하여 설명한다. 도16으로부터 알 수 있는 바와 같이, 수위는 송수의 변동에 따라 변화하였고, 수위가 LT3과 같은 설정치를 초과할 때에는 언제든지 수위를 제어 범위 내에 유지시키기 위해 펌프 시동/정지가 발생하여서, 펌프의 시동/정지 횟수와 회전 속도의 변속 작동 명령의 발생 횟수가 증가하였다. 연속 14일 동안에, 펌프의 시동/정지 횟수는 79회이고, 회전 속도 변속 작동 명령의 발생 횟수는 160회이다.

도17은 제4 실시예와 종래 기술에서 고찰된 것으로 모든 펌프가 회전 속도의 변속 작동 상태에 놓여 있는 5개의 펌프에 대한 유량 대 수위/수압을 나타내는 것이다. 도17을 참고하면, QH 곡선은 위에서부터 100% 회전 속도, 95% 회전 속도, 90% 회전 속도, 85% 회전 속도에 각각 해당된다. 제4 실시예는 물 펌프(13)를 병렬 작동식으로 포함하고 또한 공동의 물 덕트를 포함하는데, 이 경우 덕트의 항력을 고려하면 급수는 작동하는 펌프(13)의 수가 증가함에 따라 천정에 가속되어 도달한다. 즉, 각 펌프(13)의 효율은 급수가 가속적으로 감소됨에 따라 낮아진다.

따라서, 에너지 절약의 관점에서 펌프 작동은, 작동되는 펌프(13)의 수가 적게 변화하면서 그리고 평균 급수가 가능하게 하기 위해 작동되는 펌프의 수를 최소로 하면서 또한 회전 속도 변속 작동에 의해 유량이 정밀하게 조정되게 하면서 실행되는 것이 바람직하다. 이와 같은 것은 제4 실시예에 있어서는 3개의 물 펌프(13)의 작동이 연속적으로 실행되면서 유량이 회전 속도 변속 작동에 의해 조정되는 상태에 상응한다. 에너지 효율에 있어 우수한 회전 속도 변속 작동은 에너지 효율이 낮아지는 것을 적게 하면서도 제어 정확도를 향상시키는 데에 기여를 한다.

제4 실시예에서, 배수 설비는 물을 분배하기 위한 정수장으로부터 청정수를 받는다. 구조를 고려할 때, 정수장은 실질적으로 소정량의 청정수를 안정되게 공급하므로, 3개의 펌프(13)의 작동이 연속적으로 실행되고 이와 동시에 회전 속도 변속 작동에 의해 유량이 조정되는 제4 실시예의 상태에 의하면 정수장의 안정된 작동의 관점에서 큰 효과를 발휘하게 된다.

이어서, 제4 실시예의 효과에 대하여 설명한다. 제4 실시예에 따르면, 14일 동안의 펌프 시동 횟수는 0회인데, 이것은 물 펌프(13)와 부속된 장치의 내구성뿐만 아니라 펌프 시동 시의 전류량이 커진다는 점에 있어서의 에너지 절약의 관점에서도 제어가 우수하다는 것을 의미한다. 또한, 회전 속도의 변속 명령의 발생 횟수가 14일 동안에 30회뿐이어서 이 결과 급수를 안정되게 할 수 있다. 또한, 회전 속도 변속 작동에 의해 유량이 조정되면서 작동하는 펌프(13)의 수는 3개뿐인데, 이 결과 펌프는 최고 효율로 작동되고 정수장으로부터 물을 안정되고 공급받게 되어 물 분재 장치의 작동이 우수해진다.

도18 내지 도20은 회전 속도 변속 작동에 놓이는 펌프(13)의 수가 1개인 것을 제외하고는 제4 실시예와 실질적으로 동일한 본 발명에 따른 제5 실시예를 도시하는 것이다. 도18은 본 실시예에서의 물 펌프(13)에 의해 보장되는 급수를 나타내는 것이다. 제5 실시예에서, 단기간 수요 예측부(18)와 펌프 수/회전 속도 변속 제어부(26)는 1개의 펌프(13)가 회전 속도 변속 작동에 놓이는 것을 제외하고는 제4 실시예의 것과 실질적으로 동일한 방식으로 작동된다.

도19 내지 도20을 참고하여, 제5 실시예와 종래 기술의 제어 결과를 서로 비교 설명한다. 제5 실시예에서는, 도19에 도시된 바와 같이, 펌프 시동/정지는 발생하지 않으며, 회전 속도 변속 작동 명령은 14시에서 90%로부터 92%로 변화한다. 수위는 제어 범위 내에서 완만하게 변화한다. 연속 14일 동안, 펌프 시동 횟수는 0회이고, 회전 속도 변속 작동 명령의 발생 횟수는 25회이다.

종래 기술에서는, 도20에 도시된 바와 같이, 수위는 송수의 변화에 따라 변화하고, 펌프 정지는 수위가 LT3과 같은 설정치를 초과하는 경우에는 언제든지 발생한다. 수위는 제어 범위 내에서 완만하게 변화하지만, 펌프 시동/정지 횟수와 회전 속도 변속 작동 명령의 발생 횟수는 더 많아진다. 일례로, 연속 14일 동안에, 펌프 시동 횟수는 58회이고, 회전 속도 변속 작동 명령의 발생 횟수는 188회이다.

따라서, 제5 실시예는 에너지를 절약하면서 물 펌프(13)의 안정된 작동을 보장하고, 이 결과 배수 설비의 작동이 안정된다.

제4 실시예와 제5 실시예의 펌프 수/회전 속도 변속 작동 명령은 제3 실시예의 펌프 수 제어부(14)에도 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 배수 설비의 배수지는 송수의 순간적인 변동 및 시간에 대한 변화에 대해 완충 기능을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 배수지의 물 저장/분배 용량성이 제공된다. 또한, 본 발명에 따르면, 설비 및 장치에 손상을 주지 않으면서도 물 분배가 효율적으로 이루어지게 하고 장치의 내구성이 향상되게 하는 배수 설비 제어 시스템이 제공된다.

이상에서 본 발명을 양호한 실시예와 관련하여 설명하였지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술 사상의 범위를 벗어나지 않으면서 여러가지로 변경 및 수정을 할 수 있다.

Claims

물을 배수 구역에 분배하기 위해 정수장과 배수지를 갖춘 배수 설비를 제어하기 위한 시스템에 있어서,

상기 정수장으로부터 상기 배수지로 물을 공급하기 위한 급수 수단,

상기 배수지 내의 수위를 측정하기 위해 상기 배수지 내에 배열된 수위 게이지,

상기 배수지로 향하는 급수를 측정하기 위해 상기 배수지와 상기 급수 수단 사이에 배열된 제1 유량계,

상기 배수 구역으로 향하는 송수를 측정하기 위해 상기 배수지와 상기 구역 사이에 배열된 제2 유량계,

상기 송수를 수용하는 단기간 수요 예측부로서, 상기 단기간 수요 예측부는 단위 시간당 통합 데이터로서 상기 송수를 시계열 방식으로 누적시키며, 송수에 대한 과거의 시계열 데이터를 n 차원 및 t 지연 시간의 상태 공간 안으로 포함시킴으로써 단기간 수요 예측 데이터를 형성하는 단기간 수요 예측부, 및

상기 수위, 상기 급수, 상기 송수 및 상기 단기간 수요 예측 데이터를 수용하는 제어기를 포함하며,

상기 제어기는 상기 단기간 수요 예측 데이터에 따라 1시간 단위 이후 예측된 수위를 계산하기 위한 제1 부재 및 상기 예측된 수위에 따라 상기 급수 수단을 제어하기 위한 제 2 부재를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서, 상시 급수 수단이 적어도 하나의 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 급수 수단이 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제2항에 있어서, 상기 제어기는 상기 적어도 하나의 펌프를 작동시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
제3항에 있어서, 상기 제어기는 상기 적어도 하나의 밸브의 개방도를 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제4항에 있어서, 상기 제어기는 상기 예측 수위가 상기 미리설정된 예측 유효수 범위 내의 상기 최고 설정 수위 보다 높을 때 상기 적어도 하나의 펌프의 회전 속도를 감소시키고 상기 예측 수위가 상기 미리설정된 예측 유효 수 범위 내의 상기 최저 설정 수위 보다 낮을 때 상기 적어도 하나의 펌프의 상기 회전 속도를 증가시키기 위한 제3 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 단기간 예측부는 카오스 이론에 기초한 단기간 예측에따라 작동되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제2항에 있어서, 상기 제어기에 연결된 염소 분사 부재를 더 포함하며, 상기 염소 분사 부재는 상기 제어기가 상기 적어도 하나의 펌프를 시동 및 중지시킬 때 염소 혼합 저장고 내부로 염소를 분사시키고, 상기 적어도 하나의 펌프의 작동 및 중지는 염소의 분사량을 변화시키기 위해 상기 염소 분사에 필요한 시간에 대응하기 위해 미리지정된 시간 주기만큼 지연되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 부재는 상기 예측 수위가 미리설정된 예측 유효수 범위 내의 최고 설정 수위 보다 높을 때 하나의 펌프의 펌핑 속도를 감소시키고, 상기 예측 수위가 상기 미리설정된 예측 유효 수 범위 내의 최저 설정 수위 보다 낮을 때 하나의 펌프의 펌핑 속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
제5항에 있어서, 상기 제어기는 상기 단기간 수요 예측 데이터에 따라 1단위 시간 이후 예측 수위를 계산하기 위한 제1 부재, 및

상기 예측 수위가 미리설정된 예측 유효 수 범위 내의 최고 설정 수위 보다 높을 때 미리결정된 양만큼 상기 적어도 하나의 밸브를 차단하며 상기 예측 수위가 상기 미리설정된 예측 유효 수 범위 내의 최저 설정 수위 보다 낮을 때 미리지정된 양만큼 상기 적어도 하나의 밸브를 개방하는 제2 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제6항에 있어서, 상기 제3 부재에 의해 작동된 회전 속도의 변속 작동량은 다음의 식으로 나타나며,

양(%) = ∑(오차) × 게인 × 100

여기서, 오차(error)는 상기 수위의 오차이며, 게인(gain)은 상기 회전 속도의 변속의 이득인 것을 특징으로 하는 시스템.
물을 배수 구역에 분배하기 위해 정수장 및 배수지를 갖춘 배수 설비를 제어하기 위한 시스템에 있어서,

상기 정수장으로부터 상기 배수지로 물을 공급하는 다수의 펌프,

상기 배수지 내의 수위를 측정하기 위해 상기 배수지 내에 배열된 수위 게이지,

상기 배수지로 향하는 급수를 측정하기 위해 상기 다수의 펌프와 상기 배수지 사이에 배열된 제1 유량계,

상기 배수 구역으로 향하는 송수를 측정하기 위해 상기 배수지와 상기 구역 사이에 배열된 제2 유량계,

상기 수위 게이지, 상기 제1 유량계, 및 상기 제2 유량계에 연결된 펌프 제어부, 및

상기 제2 유량계에 연결되어 있으며 상기 펌프 제어부의 요구에 따라 상기 송수에 대한 단기간 수요 예측 데이터를 상기 펌프 제어부에 제공하는 예측부를 포함하며,

상기 펌프 제어부는 상기 수위, 상기 급수, 및 상기 송수에 따라 작동되는 상기 다수의 펌프의 수를 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
물을 배수 구역에 분배하기 위해 정수장 및 배수지를 갖춘 배수 설비를 제어하기 위한 시스템에 있어서,

상기 정수장으로부터 상기 배수지로 급수를 제어하는 밸브,

상기 배수지 내의 수위를 측정하기 위해 상기 배수지 내에 배열된 수위 게이지,

상기 배수지로 향하는 급수를 측정하기 위해 상기 배수지와 상기 밸브 사이에 배열된 제1 유량계,

상기 배수 구역으로 향하는 송수를 측정하기 위해 상기 배수지와 상기 구역 사이에 배열된 제2 유량계,

상기 수위 게이지, 상기 제1 유량계, 상기 제2 유량계에 연결된 밸브 제어부, 및

상기 제2 유량계에 연결되어 있으며 상기 밸브 제어부의 요구에 따라 상기 송수에 대한 단기간 수요 예측 데이터를 상기 밸브 제어부에 제공하는 예측부를 포함하며,

상기 밸브 제어부는 상기 수위, 상기 급수, 및 상기 송수에 따라 상기 밸브의 개방도를 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
물을 배수 구역에 분배하기 위해 정수장 및 배수지를 갖춘 배수 설비를 제어하기 위한 시스템에 있어서,

상기 정수장으로부터 상기 배수지로 급수를 유지하는 다수의 펌프,

상기 배수지 내의 수위를 측정하기 위해 상기 배수지 내에 배열된 수위 게이지,

상기 배수지로 향하는 급수를 측정하기 위해 상기 배수지와 상기 밸브 사이에 배열된 제1 유량계,

상기 배수 구역으로 향하는 송수를 측정하기 위해 상기 배수지와 상기 구역 사이에 배열된 제2 유량계,

상기 수위 게이지, 상기 제1 유량계, 상기 제2 유량계에 연결된 펌프 제어부,

상기 제2 유량계에 연결되어 있으며 상기 밸브 제어부의 요구에 따라 상기 펌프 제어부에 상기 송수에 대한 단기간 수요 예측 데이터를 제공하는 예측부, 및

상기 펌프 제어부에 연결되어 있으며 상기 펌프 제어부가 상기 다수의 펌프를 시동 및 중지시킬 때 염소 혼합 배수지 내부로 염소를 분사시키는 염소 분사 부재를 포함하며,

상기 펌프 제어부는 상기 수위, 상기 급수, 및 상기 송수에 따라 작동되는 상기 다수의 펌프의 수를 제어하며,

상기 다수의 펌프의 시동 및 중지는 염소 분사량을 변경시키기 위해 상기 염소 분사 부재에 필요한 시간에 대응하도록 미리지정된 시간 주기동안 지연되는 것을 특징으로 하는 시스템.
물을 배수 구역에 분배하기 위해 정수장 및 배수지를 갖춘 배수 설비를 제어하기 위한 시스템에 있어서,

상기 정수장으로부터 상기 배수지로 물을 공급하는 제1 장치,

상기 배수지 내의 수위를 측정하기 위해 상기 배수지 내에 배열된 수위 게이지,

상기 배수지로 향하는 급수를 측정하기 위해 상기 배수지와 상기 제1 장치 사이에 배열된 제1 유량계,

상기 구역으로 향하는 송수를 측정하기 위해 상기 배수지와 상기 구역 사이에 배열된 제2 유량계,

상기 수위 게이지, 상기 제1 유량계, 상기 제2 유량계에 연결된 제2 장치, 및

상기 제2 유량계에 연결되고 상기 제2 장치의 요구에 따라 상기 제2 장치에 상기 송수에 대한 단기간 수요 예측 데이터를 제공하는 제3 장치를 포함하며,

상기 제2 장치는 상기 수위, 상기 급수, 및 상기 송수에 따라 상기 제1 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.